19482

Паралельні компютерні архітектури

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Паралельні комп'ютерні архітектури Швидкість роботи комп'ютерів стає все вище а й вимоги до них постійно зростають. Астрономи намагаються відтворити всю історію Всесвіту з моменту великого вибуху і до сьогоднішнього дня. Фармацевти хотіли б розробляти нові лікарськ

Украинкский

2013-07-12

42.8 KB

2 чел.

Паралельні комп'ютерні архітектури

Швидкість роботи комп'ютерів стає все вище, а й вимоги до них постійно зростають. Астрономи намагаються відтворити всю історію Всесвіту з моменту великого вибуху і до сьогоднішнього дня. Фармацевти хотіли б розробляти нові лікарські препарати за допомогою комп'ютерів, не приносячи в жертву легіони щурів. Розробники літальних апаратів могли б отримувати кращі результати, якби замість будівництва величезних аеродинамічних труб моделювали свої конструкції на комп'ютері. Якщо говорити коротко, якими б потужними не були комп'ютери, їх можливостей ніколи не вистачить для вирішення багатьох нетривіальних задач (особливо наукових, технічних і промислових).

Хоча тактова частота постійно зростає, швидкість комутації не можна збільшувати нескінченно. Головною проблемою залишається швидкість світла - неможливо примусити протони й електрони рухатися швидше. Через високу тепловіддачу комп'ютери перетворилися на кондиціонери. Нарешті, оскільки розміри транзисторів постійно зменшуються, зрештою настане час, коли кожен транзистор буде складатися з декількох атомів, тому основною проблемою можуть стати закони квантової механіки (наприклад, принцип невизначеності Гейзенберга).

В результаті, щоб мати можливість вирішувати більш складні завдання, розробники звернулися до комп'ютерів паралельної дії (далі - паралельні комп'ютери). Неможливо побудувати комп'ютер з одним процесором і часом циклу в 0,001 не, але зате можна побудувати комп'ютер з 1000 процесорами, час циклу кожного з яких складає 1 не. І хоча швидкодії кожного процесора в другому випадку очевидно мало, теоретично ми повинні отримати необхідну продуктивність.

Паралелізм можна вводити на різних рівнях. На самому низькому рівні він може бути реалізований в процесорі за рахунок конвейеризації і суперскалярної архітектури з кількома функціональними блоками. Прихованого паралелізму можна добитися шляхом значного подовження слів в командах. За допомогою додаткових функцій можна «навчити» процесор одночасно обробляти кілька програмних потоків. Нарешті, можна встановити на одній мікросхемі кілька процесорів. Проте всі ці прийоми, разом узяті, здатні підвищити продуктивність максимум в 10 разів у порівнянні з класичними послідовними рішеннями.

На наступному рівні можливе впровадження в систему зовнішніх плат ЦП з поліпшеними обчислювальними можливостями. Як правило, в підключаються процесорах реалізуються спеціальні функції, такі як обробка мережевих пакетів, обробка мультимедійних даних, криптографія і т. д. Продуктивність спеціалізованих додатків за рахунок цих функцій може бути підвищена в 5-10 разів.

Щоб підвищити продуктивність в сто, тисячу чи мільйон разів, необхідно звести воєдино численні процесори і забезпечити їх ефективну взаємодію. Цей принцип реалізується у вигляді великих мультипроцесорних систем і мультікомпьютеров (кластерних комп'ютерів). Природно, об'єднання тисяч процесорів у єдину систему породжує нові проблеми, які потрібно вирішувати.

Нарешті, останнім часом з'явилася можливість інтеграції через Інтернет цілих організацій. В результаті формуються слабо пов'язані розподілені обчислювальні сітки, або грати. Такі системи тільки починають розвиватися, але їх потенціал досить високий.

Коли два процесори або обробних елемента знаходяться поруч і обмінюються великими обсягами даних з невеликими затримками, вони називаються сильно пов'язаними (tightly coupled). Відповідно, коли два процесори або обробних елемента розташовуються далеко один від одного і обмінюються невеликими обсягами даних з великими затримками, вони називаються слабо пов'язаними (loosely coupled). У цьому розділі ми обговоримо принципи розробки систем цих форм паралелізму і розглянемо ряд прикладів. Почавши з сильно пов'язаних систем, для яких характерний внутріпроцессорний паралелізм, ми поступово перейдемо до слабо зв'язаних систем і в завершальній частині голови поговоримо про розподілених обчислювальних системах. Приблизний спектр розглянутих тим ілюструє рис. 8.1.

 

Рис. 8.1. Внутріпроцессорний паралелізм (а); співпроцесор (б); мультипроцессор (в); мультікомпьютер (г); слабо пов'язана розподілена обчислювальна система (д)

Паралелізм постійно виявляється темою гарячих дискусій, у зв'язку з чим в цьому розділі незвично багато посилань - в основному, на недавні роботи про заданій темі.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

15730. Маркировка автомобильных шин 140.17 KB
  Маркировка автомобильных шин Автомобильные шины маркируются алфавитноцифровым кодом который обозначается на борту шины. Этот код определяет размеры шины и некоторые из ее ключевых характеристик типа индикаторов нагрузки и скорости. Иногда внутренний борт шины со
15731. Проект организации ТО и ремонта МТП в ЦРМ хозяйства с годовым объемом работ 33000 часов 151.16 KB
  КУРСОВАЯ РАБОТА Тема: Проект организации ТО и ремонта МТП в ЦРМ хозяйства с годовым объемом работ 33000 часов РЕФЕРАТ Пояснительная записка курсового проекта содержит 39 листов машиннопечатного текста формата А4 13 таблиц и два приложения список использованно
15732. МОДЕЛИРОВАНИЕ СОСТАВА МАШИННО-ТРАКТОРНОГО ПАРКА 369.5 KB
  Реферат по моделированию: МОДЕЛИРОВАНИЕ СОСТАВА МАШИННОТРАКТОРНОГО ПАРКА ВВЕДЕНИЕ За последние годы произошло значительное сокращение количества сельскохозяйственной техники в стране. Тяжелое финансовое положение предприятий нарушенный паритет цен на маши...
15733. ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ ДВИГАТЕЛЯ М-14П 422 KB
  КОНСТРУКЦИЯ ДВИГАТЕЛЯ М14П ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ ДВИГАТЕЛЯ М14П ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Авиационный двигатель М14П поршневой четырехтактный бензиновый с воздушным охлаждением девятицилиндровый однорядный со звездообразным расположением цилиндров и с карб...
15734. Технология восстановления типовых деталей 92 KB
  Реферат по дисциплине Надежность и ремонт машин на тему: Технология восстановления типовых деталей Содержание 1 Номенклатура классов и групп деталей машин. 2 Характерные дефекты и способы их устранения у типовых деталей 2.1 Корпусные детали 2.2 ...
15735. Способы устранения дефектов деталей автомобиля 89.5 KB
  Способы устранения дефектов деталей автомобиля Виды и характеристика дефектов Наиболее распространенными дефектами деталей автомобилей и агрегатов поступающих на КР являются: изменение размеров рабочих поверхностей; механические повреждения; нарушение...
15736. Организация сбора и хранения отработанного масла и маслосодержащих отходов 281.5 KB
  Организация сбора и хранения отработанного масла и маслосодержащих отходов Отработанные нефтепродукты являются опасными загрязнителями практически всех компонентов природной среды поверхностных и подземных вод почвеннорастительного покрова атмосферного воз
15737. Технологический процесс изготовления коленчатого вала 46.96 KB
  Технологический процесс изготовления коленчатого вала. Получение заготовки. Заготовки коленчатых валов получают горячей штамповкой и литьём. Кованые коленчатые валы изготовляются из углеродистых и легированных сталей а литые валы – из высокопрочных глобулярны...
15738. Крышка подшипника ва-ла привода к переднему мос- ту раздаточной коробки № 63-1802118-Б 1.32 MB
  Введение Ремонт процесс восстановления и поддержания работоспособности автомобиля путем устранения отказов и неисправностей возникающих в работе или выявленных при техническом обслуживании. Ремонтные работы выполняют по потребности т. е. после появления отказа ил...